Fram память что это

Технология FRAM

Память в современных микроконтроллерах принято разделять по признаку зависимости от энергоснабжения. К энергозависимой памяти относятся технологии DRAM и SRAM, к энергонезависимой — EEPROM/Flash Это разделение существует за счет того, что DRAM/SRAM обладают гораздо лучшим быстродействием по сравнению с энергонезависимой памятью. Но что было бы, если бы существовала энергонезависимая память, не уступающая энергозависимой памяти по скорости чтения/записи и энергопотреблению? Оказывается, такие технологии существуют. Одним из представителей этого класса памяти является технология FRAM или FeRAM. За подробностями прошу под кат.

Итак, FeRAM или Ferromagnetic Random Access non-volatile Memory — тип памяти, принцип работы которого основывается на эффекте гистерезиса в сегнетоэлектрике. При приложении к ячейке электрического поля она меняет свою поляризацию, переходя на другой участок петли гистерезиса. За счет этого можно получить два хорошо различимых по энергии состояния, а это достаточно для создания памяти на основе такой ячейки. Это хорошо иллюстрируется гифками с сайта Fujitsu — одного из основных производителей FRAM.

Рис.1 Принцип работы FRAM

Для того, чтобы понять, какие преимущества это дает перед классическими видами памяти, необходимо также вспомнить основные принципы работы других видов памяти.

Принцип работы DRAM (Dynamic RAM) основан на считывании и изменении заряда конденсатора. Если конденсатор заряжен — ячейка находится в состоянии «1», если разряжен — в состоянии «0». Просто как зонтик. Для увеличения быстродействия в ячейках памяти применяются конденсаторы небольшой ёмкости, заряд с которых относительно быстро утекает. Поэтому для обеспечения сохранности информации информацию приходится регенерировать. DRAM применяется в качестве оперативной памяти на современных компьютерах из-за дешевизны (в сравнении с SRAM) и высокого быстродействия (в сравнении с дисковыми накопителями).

Рис.2 Типичная ячейка памяти DRAM

Память SRAM (Static RAM) гораздо сложнее DRAM, и поэтому гораздо дороже. Ее принцип действия основан на применении КМОП-транзисторов. При объединении нескольких транзисторов можно получить триггер — ячейку, сохраняющую определенное логическое состояние. Для этого вида памяти нет необходимости в регенерации состояний, но тем не менее в отсутствие питания данные теряются, т.е. память остается энергозависимой. Этот вид памяти быстрее DRAM. Поскольку такая память стоит гораздо дороже DRAM, ее применяют там, где требуется очень малое время отклика — в кэш-памяти процессора.

Рис.3 Шеститранзисторная ячейка SRAM

Современные Flash и EEPROM основаны на применении транзисторов с так называемым плавающим затвором. Электроны инжектируются в «карман» полупроводниковой структуры, и их наличие/отсутствие может быть зарегистрировано извне. Это и есть свойство, которое позволяет применять такие структуры в качестве памяти. Заряд из кармана хоть и утекает, но происходит это достаточно медленно (

10-20 лет), что позволяет применять EEPROM/Flash в качестве энергонезависимой памяти. Flash применяется для хранения кода программ в микроконтроллерных устройств, а также в картах памяти.

Рис.4 Транзистор с плавающим затвором

Чем же FRAM лучше этих видов памяти?

Основное преимущество FRAM перед SRAM — это энергонезависимость. При прекращении подачи питания на микросхему памяти она сохраняет свое предыдущее состояние. При это быстродействие этих видов памяти сравнимо между собой — цикл записи на FRAM занимает 150 наносекунд против 55 наносекунд в SRAM согласно сайту Fujitsu. Но FRAM обладает ограниченным (хотя и огромным — 10^13) числом циклов перезаписи, тогда как у SRAM нет таких ограничений. DRAM сильно проигрывает FRAM по энергопотреблению из-за необходимости регенерации данных. Поэтому DRAM не применяется в устройствах, чувствительных к энергопотреблению.

Тем не менее, хотя FRAM по характеристикам сравнима с SRAM, основной потенциал применения завязан на значительных преимуществах перед Flash-памятью. В первую очередь, это огромное быстродействие. Из той же ссылки на сайт Fujitsu время одного цикла записи на Flash порядка 10 микросекунд. Здесь следует упомянуть особенность применения flash-памяти — запись и стирание в ней производится достаточно большими блоками. Поэтому перезаписывать один байт во флеше — очень дорогое удовольствие как по времени, так и по энергопотреблению — нужно куда-то сохранить блок данных, изменить в нем байт, полностью стереть соответствующий участок блока и перезаписать в него обновленные данные. Здесь, кстати, еще одно преимущество FRAM — это память с произвольным доступом, а значит в ней можно менять отдельные биты, не задевая соседние. Но даже при записи больших блоков данных FRAM на порядок быстрее. Так, в контроллерах Texas Instrument запись блока размера 13 кБ занимает 10 мс в FRAM против 1 секунды в Flash (пруф). Еще один недостаток Flash — сильно ограниченное число циклов перезаписи — порядка 10^5.

Для каких же применений оптимальна память типа FRAM? Достаточно хороша FRAM в микроконтроллерах в комбинации с небольшим объёмом SRAM. Собственно, это то самое применение, которое привлекло меня к данному типу памяти. Например, компания Texas Instruments выпустила линейку FRAM-микроконтроллеров с полностью отсутствующими Flash/EEPROM. Код в них записывается в FRAM сегмент, а к данным в том же FRAM можно обращаться также, как к обычной RAM-памяти. Такое применение удобно там, где есть значительное количество данных, которое может часто переписываться. Например, портативный логгер, для которого важно энергопотребление. Можно записывать данные в FRAM в течение определенного времени, затем анализировать и, например, отправлять данные о средних величинах по беспроводному каналу. Flash память при таком использовании неудобна — она быстро посадит аккумулятор, а из-за ограниченности циклов записи через какое-то время могут появиться проблемы с поврежденными ячейками памяти. Таким образом, FRAM выгодна для low-power приложений с относительно большим объемом и высокой частотой записи в энергонезависимую память. Вообще, TI на своем сайте указывает, в каких областях по их мнению такая память наиболее удобна.

Надеюсь, мне удалось привлечь ваше внимание к этой интересной и необычной технологии, про которую, к сожалению, на Хабре/Гиктаймс практически нет никакой информации.

Источник

Микросхемы памяти FRAM для современных электронных средств

Введение

Потребление электроэнергии во всем
мире непрерывно растет. В связи с этим повышается спрос на новаторские решения для
измерения энергии и рационального управления энергопотреблением. Современные
инженерные решения в области микроэлектроники требуют производительных, надежных и экономных по питанию электронных
компонентов. Компания Ramtron предлагает
микросхемы сегнетоэлектрической памяти
FRAM (Ferroelectric RAM).

FRAM представляет собой запоминающее
устройство, которое по своему строениюэлектрика вместо диэлектрического слоя для
обеспечения энергонезависимости. Это отличная альтернатива технологиям энергонезависимой памяти, с такой же функциональностью, как у Flash-памяти.

Микросхемы FRAM-памяти с успехом заменяют память EEPROM, Flash или SRAM.
Основные свойства FRAM таковы, что с ее
внедрением удается заметно повысить эффективность и надежность работы системы
в целом, а энергопотребление снизить до минимально возможного уровня, согласно современным стандартам энергосбережения.

Главные преимущества FRAM по сравнению с другими типами памяти:

Сегнетоэлектрическая память компании
Ramtron идеально подойдет для применения
в приборах, которые требуют высокого быстродействия, надежной работы и возможности хранения данных при отсутствии внешнего источника питания.

До недавнего времени основным недостатком микросхем FRAM-памяти считалась
сравнительно низкая плотность размещения
данных и в связи с этим ограниченная емкость этих микросхем. Но в последние пару
лет компании Ramtron удалось повысить значение емкости своих микросхем до уровня
8 Мбит, и это далеко еще не предел возможностей производителя. Развитие номенклатуры выпускаемых изделий продолжается,
в связи с чем потребители ожидают появления в скором будущем более мощных новых
устройств от компании Ramtron.

В таблицах 1 и 2 представлен перечень выпускаемых на сегодня компанией Ramtron
микросхем FRAM-памяти и их основные технические параметры.

Таблица 1. Микросхемы FRAM-памяти
c последовательным интерфейсом

Таблица 2. Микросхемы FRAM-памяти
с параллельным интерфейсом

Микросхемы марки V-Family

На рис. 1 показана одна из новых микросхем марки V-Family — FM25V10 (1 Мбит
SPI FRAM). Изделия этой марки выделяются
своей повышенной скоростью работы, а также пониженным энергопотреблением.

Рис. 1. Микросхема марки V-Family в корпусе SOIC-8

FRAM в современных
бытовых счетчиках

Современные интеллектуальные счетчики работают с двухсторонней связью, позволяя потребителям в режиме реального времени наблюдать и оценивать стоимость потраченной энергии. Счетчик поможет быстро
провести оценку сэкономленной энергии при
выключении ненужных электроприборов или
понижении обогрева терморегулятором.

Система дистанционного съема данных
(AMR) позволяет собирать информацию
об энергопотреблении и передавать ее посредством различных коммуникаций, к которым относятся телефония, радиосвязь,
спутниковые коммуникации и передача
данных по электросети. Полученные данные
позволяют рационально управлять эффективностью работы устройств и улучшить их
эксплуатационные возможности. Например,
эффективные коммунальные предприятия
поощряют низкое потребление энергии
в часы пик с помощью гибкой тарифной сетки, а также снижения цены на потребляемую
энергию в более «тихие» часы.

Сегодня разработчики бытовых счетчиков
и систем сбора данных сталкиваются с комплексными задачами, при этом растет потребность в управлении сложными системами распределения. FRAM компании Ramtron является идеальной энергонезависимой памятью
для современных измерительных приборов,
которые требуют надежной работы, быстродействия и возможности хранения данных
при отсутствии внешнего источника питания.
Использование этого типа памяти в системах
сбора данных потребления воды, газа и электричества дает следующие преимущества:

По сравнению с памятью типа EEPROM,
которая при чтении разбивается на страницы, чтение и запись у FRAM происходит
со скоростью шины и занимает не более
70 нс. Такая скоростная работа необходима
в первую очередь при внезапном отключении питания. Счетчики с EEPROM дают погрешность при аварийной записи данных.
Накопление таких погрешностей в результате ведет к серьезным финансовым потерям
коммунального предприятия.

Дешевые простые счетчики широко распространены в развивающихся странах.
Здесь работает периодический принцип
оплаты, то есть данные снимаются регулярно вручную, и потребитель платит по факту
потраченной электроэнергии (воды, газа).
Память типа FRAM здесь также идеально подойдет для хранения основных данных: это
идентификация счетчика, остаток по кредиту
потребителя, текущие данные.

FRAM в бесконтактных
платежных системах

Бесконтактные смарт-карты широко
распространены по всему миру, наиболее
они популярны в азиатских странах. Главные
преимущества такой системы оплаты —
удобство и скорость работы. Имея смарткарту, не нужно компостировать билет или
проводить карточку через считыватель.
В системах, где используется метод радиочастотной идентификации (RFID), контакт
со смарт-картой происходит, когда она находится в сумке пользователя. В связи с этим
авторизация в общественном транспорте
происходит заметно чаще, чем при устаревших способах оплаты.

Кроме того, бесконтактный способ расчетов имеет еще одно важное преимущество
перед оплатой наличными. Это высокая производительность, в результате чего отпадает
потребность в дополнительном персонале
и отсутствует такое понятие, как очередь.
Исследования показали, что применение бесконтактных платежных карт может уменьшить время транзакции на 64% по сравнению с другими видами платежа.

В данном случае FRAM является подходящим решением для бесконтактных систем
оплаты. Благодаря своей долговечности
и энергонезависимости, такой тип памяти
не нуждается в поддержке и повышает уровень надежности всей системы, поэтому отлично подходит для необслуживаемых терминалов (торговые автоматы, платежные
стенды, парковочные счетчики и др.).

Очень важным параметром для RFID-технологии является низкое потребление микросхем FRAM. В процессе работы этой системы излучаемая в поле энергия уменьшается с увеличением расстояния. Бесконтактная
карточка (или брелок) должна попасть в область поля, чтобы индуцировать достаточно энергии для передачи записанного кода.
Применение FRAM вместо других типов памяти способствует повышению дальности
действия поля и снижению времени реакции
в нем. Потребление этих микросхем в рабочем режиме не превышает 15 мА, а в спящем
режиме — не более 15 мкА.

FRAM в игровых автоматах

Для привлечения внимания игроков казино к аркадным играм и игровым автоматам требуются очень надежные компьютеры
с наилучшим качеством изображения дисплея и профессиональными мультимедиаэффектами. Также применяются устройства
с сенсорным управлением, которые часто
можно встретить у большинства игровых автоматов в барах, казино и парках отдыха. Для
наиболее зрелищных автоматов требуется
максимально надежное оборудование.

Основной проектируемой электронной составляющей игровых казино-автоматов является однослотовый Single Board Computer
(SBC), который должен иметь компактные
габариты и низкое потребление энергии.
Микросхемы FRAM-памяти с параллельным
интерфейсом идеально подойдут для SBC
благодаря своей миниатюрности и низкому
энергопотреблению.

Для надежного хранения данных при использовании SRAM-памяти дополнительно
требуется элемент питания. Если SBC приходится запрашивать группы блоков SRAM-памяти, то для каждой такой группы требуется отдельная батарейка. Энергонезависимая
FRAM не нуждается в дополнительном питании, и за счет этого удается сократить стоимость системы и повысить ее надежность.

FRAM также идеально подойдет для работы со стандартом кодирования данных (DES)
в качестве устройства хранения уникальных
и пользовательских кодов, а также недоступных кодов, таких как RSA, SHA-1 или MD-5.

Компания Ramtron для использования
в игровой индустрии также предлагает микросхемы семейства Processor Companion с FRAM-памятью и часами реального времени/календаря (RTC = Real-Time Clock) на борту. С их
помощью можно осуществлять контроль
азарта (gambling control), который требуется
в современных игровых казино-автоматах.
Такой контроль нужен для сдерживания игровой зависимости. Вот несколько инструментов для осуществления такой функции в популярных игровых видеоавтоматах:

Одна из микросхем этого семейства —
FM3135. Большой ресурс и высокая скорость
записи FRAM-памяти в сочетании с RTC делает
применение этой микросхемы очень привлекательным в системах, требующих привязки
событий ко времени их возникновения. Блок
RTC микросхемы FM3135 включает в себя выходы программируемой частоты и сигнала будильника. Будильник сравнивает устанавливаемое пользователем время выдачи сигнала с текущим значением времени RTC. Для доступа
к памяти и управления RTC в микросхеме используется промышленный стандартный двухпроводный интерфейс. Выпускается FM3135
в 20‑выводном корпусе SOIC. Микросхема
работает в диапазоне питающих напряжений
от 2,7 до 3,6 В во всем промышленном диапазоне температур (–40…+85 °C).

Семейство Processor Companion подходит
для очень широкого спектра применений.
С учетом ключевых преимуществ FRAM —
малые габариты, однокристальное сочетание общесистемных функций и невысокая
стоимость — областями его наиболее эффективного применения являются игровые
автоматы, носимые или удаленные сетевые
терминалы сбора данных, регистраторы, расходомеры, весы-дозаторы, счетчики электроэнергии и другие приборы, общие свойства
которых — критичное отношение к энергопотреблению, габаритам, удельной стоимости и надежности работы.

Заключение

Применение FRAM-памяти в различных
электронных устройствах предоставляет много преимуществ, которые являются следствием особенностей самой памяти, обеспечивающей большую скорость и надежность работы,
огромное количество циклов перезаписи, а также возможность использования FRAM в качестве ПЗУ, ОЗУ или комбинации ОЗУ-ПЗУ.

Источник

FRAM: универсальная память для регистрации данных

В статье рассматриваются основные преимущества энергонезависимой сегнетоэлектрической памяти (FRAM) производства Fujitsu Semiconductor перед другими типами энергонезависимой памяти и подробно описываются потенциальные области ее применения.

На сегодняшний день известно несколько промышленных технологий производства энергонезависимой памяти и несколько перспективных технологий, не покинувших пока стены научных лабораторий. Самыми старыми и распространенными типами энергонезависимой памяти с электрическим перепрограммированием являются EEPROM и Flash. Эти типы памяти основаны на технологии пространственного переноса заряда, которая практически полностью совместима с КМОП-технологией. Благодаря этому микросхемы памяти EEPROM и Flash до сих пор не имеют конкурентов по себестоимости производства.

Однако они характеризуются рядом существенных недостатков. Первый из них — медленная скорость записи информации, а второй — малое число циклов перезаписи информации, что существенно снижает надежность микросхем памяти этого типа. К тому же, первые микросхемы памяти EEPROM и Flash требовали подачи дополнительного высокого напряжения при программировании — порядка 12 В, что также затрудняло их использование.

Преимущества FRAM

Первой ласточкой, возвестившей наступление новой эры энергонезависимой памяти, стало появление в конце прошлого века принципиально новой сегнетоэлектрической памяти (FRAM). Принцип действия этого типа памяти основан не на пространственном переносе заряда, а на поляризации диэлектрика внешним электрическим полем. С этой целью использовался диэлектрик, сохраняющий поляризацию при снятии внешнего электрического поля. При этом памяти FRAM удалось преодолеть все упомянутые недостатки EEPROM и Flash. Кроме того, память FRAM обладает меньшим полным энергопотреблением по сравнению с EEPROM. Более подробно отличия между памятью FRAM и EEPROM проиллюстрированы на рисунках 1–3.

Рис. 1. Сравнение гарантированного количества циклов перезаписи FRAM и EEPROM

Кроме этих трех преимуществ у сегнетоэлектрической памяти имеется еще пара полезных свойств: стойкость к радиационному облучению (до 50 кГр) и невозможность считать содержимое памяти с кристалла микросхемы различными методами обратного проектирования, например сканирующим атомно-силовым микроскопом, поскольку технология FRAM не переносит заряд.

Рис. 2. Сравнение скоростей записи во FRAM и EEPROM при одинаковых условиях

Рис. 3. Сравнение полного энергопотребления FRAM и EEPROM при одинаковых условиях

К настоящему времени кроме FRAM, Flash и EEPROM используются и другие типы энергонезависимой памяти. Среди них самыми распространенными являются BBSRAM (память SRAM со встроенной батарейкой), nvSRAM (комбинация памяти SRAM и EEPROM) а также MRAM (магниторезистивная RAM). Они обладают как достоинствами, так и недостатками по сравнению с FRAM. Подробное сравнение основных характеристик наиболее перспективных типов памяти можно увидеть в таблице 1.

Таблица 1. Сравнение основных характеристик наиболее перспективных типов быстродействующей энергонезависимой памяти

Компания Fujitsu Semiconductor производит широкий ряд микросхем FRAM. Среди них имеется память с параллельным интерфейсом или последовательными интерфейсами SPI и I2C. В настоящий момент доступен объем памяти объемом 4 Кбит…4 Мбит с напряжением питания 1,8–5 В. FRAM с последовательными интерфейсами производится в корпусах SOP-8, которые полностью совместимы с корпусами памяти EEPROM, что упрощает переход от одной технологии к другой. Более подробную информацию по FRAM Fujitsu Semiconductor см. на сайте www.fujitsu.com.

Применение FRAM

А теперь рассмотрим потенциальные области применения памяти FRAM на конкретных примерах.

Как упоминалось, сегнетоэлектрическая память обладает тремя главными преимуществами, которые и определяют ее перспективность для определенного круга задач. Вспомним их еще раз. Во-первых, это самое низкое полное энергопотребление при одинаковой скорости чтения/записи по сравнению с другими типами энергонезависимой памяти. Во-вторых, практически неограниченное число циклов перезаписи данных. В-третьих, большая скорость записи, сравнимая со скоростями записи в оперативную память.

Эти преимущества делают сегнетоэлектрическую память идеальной для устройств регистрации данных в реальном времени с автономной системой питания. Фактические возможности применения этого типа энергонезависимой памяти гораздо шире.

Приборы учета энергоресурсов

К подобным приборам, прежде всего, относятся электронные счетчики потребленной электроэнергии, расхода природного газа, тепла и воды. Эти устройства прямо или косвенно измеряют такие физические величины как электрические токи и напряжения, температуру и давление, а также учитывают их изменение в реальном времени.

Проще говоря, электронные счетчики есть ничто иное как регистраторы данных в реальном времени. К тому же некоторые такие приборы нуждаются в автономном питании.

В этих приборах память FRAM решает следующие задачи:

Энкодеры, или преобразователи угловых перемещений

Это электромеханические устройства, которые преобразуют углы поворота вращающегося вала в электрические сигналы. Энкодеры бывают двух типов: инкрементальные и абсолютные. Они используются в промышленных роботах, обрабатывающих станках, подъемном и упаковочном оборудовании, лифтах и других приложениях для контроля скорости и координат.

Инкрементальные энкодеры преобразуют один полный оборот вала в определенное количество импульсов. При этом угол поворота определяется простым подсчетом этих импульсов. Абсолютные энкодеры определяют текущий угол поворота оси в любой момент времени, в т.ч. после пропадания питания. Многооборотные абсолютные энкодеры, к тому же, подсчитывают и запоминают количество полных оборотов вала.

В общем случае, структура таких преобразователей включает в себя оптический, магнитный или резистивный датчик угла, микроконтроллер и энергонезависимую память, в качестве которой может выступать FRAM. Частые повороты вала, особенно в многооборотных абсолютных энкодерах, не позволяют использовать стандартную память, например EEPROM или Flash.

Кроме FRAM с этой задачей могли бы справиться и другие типы современной энергонезависимой памяти, например MRAM или BBSRAM. Однако первая из них пока не имеет микросхем с малым объемом памяти (в настоящее время доступна память объемом от 256 Кбит), а вторая требует резервного питания для хранения данных.

Автоматические выключатели

Это электромеханические устройства, разработанные для защиты электрических цепей от повреждения при перегрузке или коротком замыкании. Основными выполняемыми функциями подобных устройств являются обнаружение аномального состояния электрической цепи и прерывание ее соединения с источником энергии в случае обнаружения такого состояния.

В автоматических выключателях используются два основных вида расцепителей: тепловой и электромагнитный. Первый из них представляет собой биметаллическую пластину, нагреваемую протекающим током, которая при превышении допустимого тока изгибается и приводит в действие механизм разрывающий соединение. Время срабатывания такого выключателя зависит от времятоковой характеристики биметаллической пластины и может составлять величины от нескольких секунд до часа.

Второй является расцепителем мгновенного действия и представляет собой электромагнит. В самом простом случае ток защищаемой цепи протекает непосредственно через обмотку электромагнита и при превышении допустимого значения вызывает втягивание сердечника, что приводит в действие механизм расцепления. Время срабатывания электромагнитного расцепителя составляет доли секунды.

Более продвинутые автоматические выключатели с электромагнитным расцепителем, используемые, например, для защиты высоковольтных линий электропередач, должны реагировать на аномальную ситуацию за 1–3 периода сетевого напряжения, т. е. за 20–60 мс и обеспечивать дополнительный функционал по регистрации параметров сети до и вовремя действия аномального явления. С этой целью необходимо использовать энергонезависимую память с быстрым временем записи, например FRAM. Память MRAM или BBSRAM применять для этих задач нецелесообразно по указанным выше причинам.

Устройства беспроводного мониторинга

В популярной ныне концепции «умный дом» и системах промышленной автоматизации все чаще наблюдается переход от традиционных проводных систем передачи информации к беспроводным технологиям, например Wi-Fi, ZigBee, Bluetooth или GSM/GPRS. Подобные устройства осуществляют измерение давления, температуры, потока, уровня и параметров безопасности различных объектов, пока, как правило, в труднодоступных местах, в которых по тем или иным причинам отсутствует возможность прокладки кабелей связи и питания.

Поскольку большинство беспроводных интерфейсов потребляет достаточно большое количество энергии при излучении сигнала, вопрос о снижении энергопотребления таких приборов выходит на первое место среди прочих.

Понизить общее энергопотребление таких устройств можно несколькими путями: использовать микросхемы и электронные модули с малым потребляемым током в активном режиме и с низким напряжением питания; как можно реже осуществлять передачу информации по беспроводным каналам связи; использовать как можно дольше режимы пониженного энергопотребления компонентов. Энергонезависимая память FRAM потребляет минимум энергии при записи информации и практически ничего не потребляет в режиме ожидания. Быстрая запись и практически неограниченное число циклов перезаписи данных позволяют сохранять измеренные значения в реальном времени с промежутком в 0,3 мс и предварительно обрабатывать их в микроконтроллере, снижая, таким образом, частоту пересылки данных по беспроводным интерфейсам.

Эти особенности делают память FRAM идеальной для такого рода приложений.

Программируемые логические контроллеры

В общем случае, программируемый логический контроллер (ПЛК) — это специализированное компьютерное устройство, работающее в режиме жесткой привязки к реальному времени и предназначенное для автоматизированного контроля и управления технологическими процессами. К нему подключаются аналоговые и цифровые датчики, исполнительные механизмы и т.д. Одной из задач ПЛК является обеспечение безопасности оборудования и персонала. Для осуществления этой задачи необходимо в реальном времени отслеживать состояние портов ввода-вывода, хранить эти состояния для последующего анализа и отчетности и очень быстро реагировать на различные внештатные ситуации работы оборудования, сохраняя параметры этих состояний для их последующего недопущения.

Как правило, ПЛК содержат микроконтроллеры или другие процессорные устройства и два вида памяти: память программ и память данных, в которой сохраняются все указанные состояния. В качестве памяти данных используют быстродействующую энергонезависимую память, такую как FRAM, MRAM, BBSRAM и nvSRAM.

DC/AC-инверторы в системах «зеленой» энергетики

Эти инверторы используются как в системах питания on-grid (без промежуточных аккумуляторов для хранения энергии), так и в off-grid (с промежуточными аккумуляторами для хранения энергии) совместно с аккумуляторами, солнечными панелями, ветряными генераторами, дизельными генераторами и другим подобным оборудованием. В задачи инверторов кроме непосредственного преобразования тока из постоянного в переменный входит обеспечение безопасности оборудования на стороне постоянного и переменного токов. В результате возникает необходимость в ежесекундном мониторинге напряжений, токов и частоты сети в круглосуточном режиме. Кроме того, эти устройства должны обеспечивать малое собственное энергопотребление.

Таким образом, важными параметрами энергонезависимой памяти для этого типа приложений являются малое энергопотребление, высокая скорость записи и большое число циклов перезаписи, а этим требованиям удовлетворяет в полной мере только память FRAM.

Автомобильные черные ящики (black boxes)

Помимо всех прочих функций автомобильные черные ящики еще и регистрируют данные. Они записывают и хранят информацию, связанную с транспортными происшествиями и несчастными случаями. Эти сведения включают в себя информацию о скорости, торможении, включенном свете, состоянии дверей, пробеге, ускорении, положении руля и т.д. Для анализа ситуации о происшествии и создания его полной картины требуется записать и сохранить все эти параметры примерно за 20 с непосредственно до происшествия. С этой целью используется быстродействующая энергонезависимая память, но поскольку подобные устройства питаются от бортовой сети автомобиля, они должны обладать малым энергопотреблением. Для таких приложений целесообразнее выбирать память FRAM.

Носимые POS-терминалы, алкотес­теры и т.д.

Это оборудование используется для продажи и контроля билетов, тестирования на степень алкогольного опьянения и других подобных задач. Как правило, подобные устройства оснащаются термопринтерными механизмами для распечатки квитанций или чеков и памятью, которая дополнительно фиксирует информацию для последующей отчетности перед руководством и контролирующими органами. К носимому оборудованию также предъявляются требования по минимизации энергопотребления. В этом случае память FRAM также может прийти на помощь.

Кроме описанных выше ситуаций память FRAM от Fujitsu Semiconductor можно использовать и в некоторых общих случаях. Например, постоянное увеличение объема памяти выпускаемых микросхем позволяет применять их в оборудовании с несколькими типами памяти для замены одной микросхемой FRAM двух и более микросхем SRAM, EEPROM и Flash, что в целом приводит к снижению себестоимости конечного изделия.

Также можно использовать сегнетоэлектрическую память в качестве резервной совместно с обычной SRAM-памятью. Это позволит избавиться от дополнительной батарейки или ионистора, которые питают SRAM при пропадании питания. Преимущества такого решения подробно описаны в таблице 2.

Таблица 2. Преимущества решения по замене резервного источника питания микросхемой FRAM-памяти

Источник